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三维柔性平板数字化柔性装配技术

2017-05-07 10:05:48
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飞机装配涉及大量零部件、标准件,是构成飞机的主体部分。飞机装配结构复杂、零件和连接件数量巨大,大量的薄壁板零件存在弹性变形,需用特殊的工艺装备来保证其准确度和严格的气动外形。三维柔性平板数字化柔性装配由数字化技术来支撑,并融合飞机的全数字量协调体系,它结合计算机信息技术、数字控制技术,采用多种数控设备,实现自动化夹持、制孔、铆接和对接,完成组件、部件和机身的装配连接等工作的综合性系统工程。其核心思想—柔性化装配,可适用于不同形状尺寸的组件或部件的装配。先进飞机的柔性装配技术是保证飞机装配和飞机整体性能的关键技术之一。
  一、数字化柔性装配技术的特点
  三维柔性平板数字化柔性装配技术的一大特点是基于产品数字量尺寸传递体系和依靠数字化控制体系来完成针对产品装配的操作!zi。它能够克服传统飞机制造膜线一样板法膜拟量协调体系下装配工装应用单一、生产准备周期长、成本高、协调困难等缺点。而且,通过与自动化制孔设备、自动化铆接设备和工业机器人等先进设备的集成,使装配精度和装配效率显著提升。
  二、面向柔性化装配的关键技术
  1、柔性化、模块化定位技术
  在飞机装配中,采用柔性定位技术,可适应   程度的零件结构变化,同时可减少传统刚性定位方式那种不可避免的定位应力。在框梁类零件定位中,传统的方法是基于工艺孔或结构交点孔及基准面进行定位,致使工作量大、效率低,若采用柔性定位技术,在定位头的设计上可采用典型结构。结合模块化设计,灵活、组合换不同的定位头,这种柔性定位装置的设计要考虑的因素包括结构合理、方便调节,适应孔位、孔径及基准面的变化。
  很多先进的航空企业,为满足精度的需要,在工装设备上配备了多自由度伺服定位机构,它可以对产品进行多个坐标的调节,进行定位。在机构上安装离合器,由电机驱动,配合手工操作,并能适时锁紧。经过多年的发展,市场上该设备的发展较为成熟,但是其成本较高,通常一个框的定位都需要4组以上的定位机构,所以怎样进行资源的有效利用,也是航空企业面临的问题。
  2、自动化柔性制孔技术
  由于机体结构越来越复杂,为满足长寿命、、气动、互换性等要求,航空航天产品在材料选择上大量采用了复合材料、钦合金等难加工材料,使装配制孔需要高的精度。如果采用数字化柔性装配制孔技术,要考虑的因素很多,但关键一点是要保证孔位、法向的控制及制孔精度。具体来说,在工装设备上配套使用激光雷达等数字化测量装置,测量并控制孔位的具体位置坐标和法向精度;在制孔钻头周围可增设压紧装置或吸盘来消除加工头产生的反作用力,保证进给力的平衡。自动化柔性制孔技术可广泛用于机舱地板、机翼壁板、长衔梁等整体面积较大的部件装配制孔工作。
  运载火箭阿丽亚娜5号,就使用了两套数字化柔性制孔设备,这套系统提高了产品质量,节约成本,工人的工作条件得到改善。
  波音公司开发的模块化柔性导轨制孔系统是一种可以自动动态校正刀具轴的可重组柔性工装系统,由安装在精密导轨上的制孔机器人进行自动定位和制孔,这种设备在我国成飞等航空企业也有应用。
  3、基于数字化的柔性检测技术
  基于数字化的柔性检测技术,主要的应用有激光准直仪、激光雷达扫描仪和激光跟踪仪等。在这些技术中,以激光跟踪测量技术应用为广泛。该技术具有无接触、便携、高速、高精度、及通用等优点,而且几十米内的测量精度可达5μm;   可满足大尺寸部件对接装配的要求。例如在飞机部件装配和总装时,因为使用三维位置测量不便,就可应用激光跟踪定位测量系统,进行准确测量。
  其基本工作原理是:在工作中,使以太网与系统计算机相连,先由测量装置获取装配型架上装配部件的基准点,再经过处理单元并反馈到计算机,由计算机计算实际装配位置与数学模型的偏差值,终确定装配参考坐标系来完成定位。在实际生产中,有些位置角度不易测量,还可使用多台激光跟踪仪或激光雷达扫描整个区域的方式来完成工作。
  4、虚拟装配仿真技术
  飞机装配是一项繁重工作,装配路径复杂,很多装配面不开敞,在采用自动化柔性装配时,为保证装配过程的准确度和可靠性,优化生产工艺,在正式装配之前,   进行   的虚拟装配仿真。虚拟装配仿真技术是基于并行设计与分析环境的数字化预装配。它综合考虑了零件的几何信息、装配工艺参数、工装信息、工作指令等相关信息,经过仿真软件的处理后,产生全过程三维动态仿真,实时控制程序,碰撞干涉检查等。虚拟仿真技术可作为飞机柔性装配系统的数字化支撑平台,可以保证装配系统的高柔性、高可靠性、率等性能的大限度地发挥。